Окислительно-восстановительные реакции (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО»

Институт сельского хозяйства и природных ресурсов

Отделение естественных наук и природных ресурсов

Кафедра фундаментальной и прикладной химии

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Лабораторная работа по курсу “Химия”

для всех специальностей

Великий Новгород

2012

Окислительно-восстановительные реакции: Метод указ./Сост. , , ; НовГУ им. Ярослава Мудрого, - Великий Новгород, 2012.

В методических указаниях рассмотрены основные вопросы по теме «Окислительно-восстановительные реакции». Приведены сведения об основных веществах, проявляющих окислительно-восстановительную способность, рассмотрены различные типы окислительно-восстановительных реакций, изложены методы составления окислительно-восстановительных реакций.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей, изучающих химию.

СОДЕРЖАние

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................................................... 3

2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ........................................................................................................ 4

3 ТРЕБОВАИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ.......................................................................................................... 13

4 ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ................................................................................................................................. 13

5 ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА........................................................................................................ 17

6 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ................................................................................................... 17

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................................................................ 18

ВВЕДЕНИЕ

Окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно распро­странены в живой и неживой природе. С ними связаны процессы обмена веществ, протекающих в живом организме, гниение и брожение, фотосинтез. К окислительно-восстановительным процессам относятся горение топлива, коррозия металлов, электролиз. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе преобразования энергии взаимодействующих химических веществ в электрическую энергию в гальванических и топливных элементах.

В данных методических указаниях рассмотрены типы окислительно-восстановительных реакций, типичные окислители и восстановители, методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, факторы, влияющие на их направление и скорость.

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является усвоение сущности окислительно-восстановительных реакций, овладение техникой составления уравне­ний этих реакций, а также установление внешних изменений, которыми сопровождается наиболее характерные окислительно-восстановительные процессы. Научиться определять направление редокс-процессов. Изучить зависимость величины редокс-потенциала от кислотности среды.

2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Основные понятия

Окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления элементов.

Степень окисления равняется условному заряду атома элемента, определенному исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов.

При определение степени окисления атомов в соединениях следует знать:

1. Степень окисления кислорода равняется -2.Исключение составляет пероксиды и фторид кислорода. Например, в перекисях С. О. кислорода составляет соответственно – I, - I/2 и –I/3 , а во фториде кислорода ОF2 cтепень окисления равна - +2.

2. Водород имеет cтепень окисления равную +1 , во всех соединениях, кроме гидридов, которые он образует со щелочными и щелочноземельными металлами. В гидридах степень окисления водорода равна -1.

3. Степень окисления атомов входящих в состав молекул простых веществ , равна нулю, так как ни частичный, ни полный переход электронов одного атома к какому же другому невозможен.

4. Степень окисления атома в сложном соединение может быть определено если известны степени окисления атомов других элементов, входящих в соединение, исходя на того, что алгебраическая сумма степеней окисления, всех атомов составляющих молекулу, равна нулю. В случае иона алгебраическая сумма степеней окисления составляющих это ион атомов, равняется заряду иона.

Например, , для определения степени окисления серы и азота составим уравнения :

(+1)∙2 + х + (-2) ∙ 4 = 0 , х = 6;

y + (-2) ∙ 3 = -1 , у = +5.

Не следует отождествлять степень окисления с валентностью элемент, даже если их абсолютное значение совпадают. Валентность атома определяется числом химических связей, и не имеет знака.

Например, во всех соединениях валентность углерода равна 4, а степень окисления составляет соответственно -4, -2, 0, +1.

Принято считать, что изменение степеней окисления атомов в результате окислительно-восстановительной реакции связано с переходом электронов от одного атома к другому.

Процесс отдачи электронов называться окислением. Вещество, атомы которого отдают электроны называются восстановителем. Восстановитель в результате реакции окисляется, степень окисления его повышается, соответственно числу отданных электронов.

Процесс присоединение электронов называется восстановлением.

Вещество, атомы которого принимают электроны, называется окисли­телем. Окислитель в результате реакции восстанавливается, степень окисления его понижается соответственно числу принятых электронов. Так, в реакции

восстановителем является хлорид олова (II). Степень окисления иона олова увеличивается от +2 до +4. Степень окисления иона железа в ходе реакции понижается от +3 до +2, хлорид (III) является окислителем. Каждая окислительно-восстановительная реакция представляет собой единство двух противоположных одновременно протекающих процессов: окисления и восстановления.

2.2. Типы окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции могут происходить между различными веществами, между частицами, входящими в состав одного итого же вещества и, наконец, между частицами одного и того же вещества. В зависимости от этого окислительно-восстановительные реакции подразделяют на следующие типы:

Межмолекулярные реакции - элементы, которые проявляют окислительные и восстановительные свойства, находятся в разных молекулах. Например,

Внутримолекулярные реакции - элементы, которые проявляют окислительные и восстановительные свойства, находятся в одной и той молекуле:

Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления, дисмутации) – атом вещества, находясь в одной единственной степени окисления в результате окислительно-восстановительного процесса приобретает различные степени окисления (один и тот же элемент в веществе выполняет и окислительную и восстановительную функцию:

Реакции копропорционирования (репропорционирования) – процесс, обратный диспропорционированию: элемент, находясь в различных степенях окисления в результате окислительно-восстановительного процесса приобретает одну и ту же степень окисления:

KCI + KCIO + H2SO4 = CI2 + K2SO4 + H2O

2.3.  Восстановители. Окислители.

Восстановители. Количественной мерой восстановительной способности элемента энергия ионизации .

- энергия, которая затрачивается на отрыв электрона от нейтрального невозбужденного атома. Измеряется энергия и ионизации в кДж/моль. Чем меньше , тем более выражены у элемента восстановительные свойства. Энергия ионизации с изменение порядковых номеров элементов изменяется периодически. В каждом периоде от начала к концу возрастает из-за увеличения зарядов атомов от минимального значения у щелочного металла до максимума у инертных газов. В группах сверху вниз энергия ионизации уменьшается из-за увеличения атомных радиусов.

Только восстановительными свойствами обладают:

- все металлы; наиболее активными восстановителями являются металлы S-электронного семейства;

- вещества, в которых атомы элементов проявляют свою низшую степень окисления, имея завершенный слой, эти атомы могут только отдавать электроны, например: .

Окислители. Количественной характеристикой окислительной способности элемента является сродство к электрону– энергия которая выделяется или поглощается при присоединении электрона к нейтральному атому. измеряется в кДж/моль. Чем выше сродство к электрону, тем более выражены у данного элемента окислительные свойства. также является периодической функцией порядкового номера элементов. Сродство к электрону возрастает в периодах слева направо, а в группах – снизу вверх.